1.4 축정렬의 형태와 지침

Types and Guide of Shaft Alignment

 

기계의 축정렬 상태를 측정하는데는 Face and Rim 기법과 Reverse Indicator 기법이 주로 사용된다. Face and Rim 방법에서는 Face(축방향, Angular) 측정(그림 2-3)과 Rim(반경 방향, Parallel, Offset) 측정(그림 2-4)은 다른 축에 대한 한 축의 각(Angle)과 편차(Offset)를 각각 구하는 것이다. Reverse Indicator 방법은 각각의 커플링에 Indicator를 1개씩 설치하여, 다른 축 중심선에 대한 한 축의 상대적인 중심선 위치를 찾는 2개의 Rim 측정법이다.

Face 및 Rim의 값은 일반적으로 Rim은 Dial Indicator로 측정하고 Face는 Dial Indicator나 내경 마이크로미터로 측정하거나(커플링 사이의 거리가 큰 경우) Block 혹은 Feeler Gauge로 측정한다. 그림 2-3에서와 같이, 커플링 허브 직경을 기록하여 두고, 수직선과 커플링 허브의 양쪽면 사이의 차로서 나타내는 Face 측정값은 실제로 두 축의 중심선 사이의 각(Angle)을 구하는 방법이다.

그림 2-3 Face Alignment 측정

그림 2-4 Rim Alignment 측정

Rim 측정값은 그림 2-4에서와 같이, 한 축의 축 중심선에서 다른 축 중심선까지의 편차로서 다이얼 지시계로 측정된 전체 지시값(Total Indicator Readings)의 1/2이다. 커플링 Face 사이의 거리, 커플링 허브의 직경, 편차를 포함한 여러 가지의 변화량이 있지만 Rim의 측정값은 일반적으로 Face의 측정값보다 크기가 더 크고, 읽기가 더 쉬우며, 훨씬 더 정확하다. 더욱이 Rim 값은 Face 값을 수집할 때 특별한 주의를 요하는 축의 축방향 위치의 이동에 영향을 받지 않는다.

일반적으로, Rim의 측정은 커플링 허브 사이의 거리가 허브 직경보다 클때에 더 측정하기가 쉽고, 더 정확하다. 이것은 일반적으로 Alignment가 아주 중요한 고속 기계인 경우에 해당한다. 그 결과 Reverse Dial Indicator 방법은 Alignment의 속도와 정확도의 실제적인 장점을 제공하였고, 작고 일반적인 목적의 기계들 뿐만 아니라 크고 중요한 기계의 축정렬에도 인정을 받었다. 1980년대 중반에 전산화된 레이저 축정렬 시스템이 개발, 사용되므로 보다 정확하고 훨씬 빠른 축정렬이 가능케 되었다.

사람들은 종종 축정렬이라는 용어와 커플링 정렬이라는 용어를 호환성있게 사용하고 있다. 과연 실제로 차이가 없는것인가?

그림 2-5에서 좌측 회전축의 중심선은 우측 회전축에 체결된 커플링 허브의 중심선과 일치하고 있으나 우측 회전축에서는 회전축의 중심선과 커플링 허브의 중심선이 일치하지 않고 있다.

축정렬의 가장 순수한 정의는 회전축의 중심선들이 공동 선형(Colinear)인 경우라고 말할수 있다. 이러한 정의는 회전기기의 축정렬시 매우 중요한 사항인데도, 대부분의 사람들이 이러한 기본 개념을 간과하고 있다. 회전축이 휘어져 있거나, 축에 부적절하게 내경이 가공된 허브가 체결되어 있거나, 또한 이러한 Runout 문제가 있음을 감지하지 못한 경우 등에도 회전축의 중심선들의 정렬이 가능하다.

그림 2-5에서 왼쪽 축만을 회전시킨다면 회전 중심선을 부적절하게 내경이 가공된 커플링 허브와 정렬 하게되는 것이지 오른쪽 축의 회전 중심과 정렬하는 것이 아님을 보여주고 있다. 두 축중 하나라도 Runout 값이 있으면 두 축의 회전 중심선들을 정렬(진정한 축정렬) 하기 위해서는 두 축을 함께 회전시켜야 한다. 만일 Runout 값이 없으면 두 축을 함께 회전시킬 필요가 없다.

그림 2-5 회전 중심선에 부적절하게 내경이 가공된 커플링 허브에 정렬중인 모양

그림 2-6에서 휘어진 축이 회전할 때 회전 중심선은 일직선이나 축 자체는 그렇지 못하다. 이러한 상황에서 오른쪽 축에 대하여 어떻게 축정렬을 해야 하는가?

회전축의 끝단에 체결된 커플링 허브 내경의 중심선에 일치시켜야 하느냐 아니면, 회전 중심선에 일치시켜야 하는가? 올바른 해답은 휘어진 축이나 부적절하게 내경이 가공된 허브를 가지는 기계 부품에 Alignment를 해서는 않된다.

대부분의 사람들은 기계의 회전중심선이 완벽한 일직선이라고 생각하고 있다. 회전기계가 수직형인 경우는 사실일 수 있지만 대부분의 회전기기는 수평형이며, 축과 축에 설치된 많은 부품의 자중으로 인해 축이 휘게 된다. 이와 같이 로터가 자연적으로 발생하는 만곡선을 현수곡선(Catenary Curve)이라고 한다. 즉 밀도와 단면적이 균일하고 완전히 탄성적이고 늘어나지 않는 끈이 양단에서 매달렸을때의 가상곡선이다. 한편 축선에 대해 현수곡선이 회전함으로써 그려지는 면을 Catenoid라고 한다.

그림 2-6 굽은 축의 정렬방법

축의 처짐량은 축의 강성, 지지점사이의 중량, 베어링의 설계, 지지점간의 거리 등의 여러 요인에 따라 다르다. 현재 사용되고 있는 대부분의 회전기계에서는 축의 자중에 의한 휨(현수선)은 무시할 수 있으며, 실제 작업시에도 무시되고 있는 상황이다.

그러나, 아주 긴 구동기계(발전설비의 터빈과 발전기 및 제련설비의 MG Set)에 대해서는 현수선에 대한 고려가 있어야 한다.

아주 긴 탄성축이 회전하기 시작하면 휜축이 펴질려고 하지만 완전하게 일직선이 되지 않는다. 축이 회전하는 축선은 만곡된 회전 축선 상에서 회전하려고 한다. 두 개 이상의 기계가 서로 연결되어 그 중 하나이상의 축이 현수곡선 모양을 한 회전 축선 주위를 회전하고 있는 경우는 축들이 만곡된 회전중심선을 유지하도록 축정렬 하는 것이 중요하다.

 

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